Noções básicas de computação hardware

1. Noções básicas de computação
- Hardware
Profª Jocelma Rios
Mar/2012

2. O que pretendemos:
●Apresentar o histórico da computação
●Apresentar a arquitetura de Von Neumann e
seus componentes
●Explorar o funcionamento dos componentes
computacionais
Refletir sobre a importância dos diversos
componentes do computador e sua influência
na performance dos sistemas computacionais

3. O computador
Um computador é mais que um
conjunto de dispositivos
Eletrônicos realizando uma
multiplicidade de tarefas de
processamento de dados.
É um sistema, uma
combinação de componentes
Inter-relacionados que
desempenham as funções básicas
do sistema, ou seja,
entrada, processamento,
saída, armazenamento
e controle.
James O'Brien

4. Histórico
●Ábaco - 3500 a.C.
●Instrumento de cálculo, formado por uma moldura
com bastões ou arames paralelos, dispostos no
sentido vertical, correspondentes cada um a uma
posição digital (unidades, dezenas,...) e nos
quais estão os elementos de contagem (fichas,
bolas, contas,...) que podem ser deslizados
●Teve origem provavelmente na Mesopotâmia, há
mais de 5.500 anos – alguns apontam os chineses
como seus inventores
●Pode ser considerado como uma extensão do ato
natural de se contar nos dedos
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5. Histórico
●Máquina Aritmética - PASCAL - 1642-1644
–Conhecida como Pascalina → calculadora
decimal
–Blaise Pascal iniciou a automação de
tarefas (adição mecanizada) através do
auxílio de máquinas e os seus resultados
são utilizados até hoje. Tempos mais
tarde, ainda no século 16, adicionou-se
as operações de multiplicação e divisão.
Saiba mais:
www.educ.fc.ul.pt/docentes/opombo/seminario/pasca_l/maquinadepascal.htm

6. Histórico
●Máquina Analítica/Diferencial - Charles
BABBAGE
–1823 - Difference Engine: calculava
automaticamente tabelas matemáticas
utilizando o método de diferenças finitas.
Esta máquina foi elaborada para polinômios
de grau 6 e números binários de 20 bits. O
projeto não chegou a ser concluído.
–1833/1834 - Analytical Engine: introduziu o
conceito de armazenamento de informações, o
que hoje conhecemos como memória. Além
disso, tinha unidade operadora e de
controle, assim como nos computadores
atuais. Utilizava cartões perfurados.
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7. Histórico
●Máquina Diferencial - Charles BABBAGE
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8. Histórico
●Teoria dos Circuitos Lógicos - BOOLE – 1854
–Estabelece a lógica binária para
armazenar informações
–Conhecida como álgebra de
●
Curiosidades: http://pt.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith

9. Histórico
●Computador mecânico – HOLLERITH - 1890
–O americano Hermann Hollerith constrói o
primeiro computador mecânico para atender
à aplicação de contagem o censo
–O processo de contagem do censo americano
reduziu de 7,5 para 2,5 anos
–Informações eram
armazenadas em
cartões
perfurados
Curiosidades: http://pt.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith

10. Histórico
●Máquina de Turing - Alan TURING - 1936
–Alan Turing é considerado o pai da
computação
–Um problema terá solução algorítmica se
existir uma máquina de Turing para
representá-lo
–A Máquina de Turing possui uma fita de
tamanho infinito e um cabeçote para leitura
e escrita que move-se pela fita. Devido ao
seu caráter infinito, tal máquina não pode
ser construída, mas o modelo da mesma pode
simular a computação de qualquer algoritmo
executado em um computador moderno

11. Histórico
●MARK I - ~1944
–Primeiro computador
eletromecânico
●ENIAC – ~1946
–pesquisadores da universidade da
Pennsylvania desenvolveram o primeiro
computador eletrônico
–O ENIAC (Electronic Numerical Integrator
And Calculator) era composto por 18.000
válvulas e 1500 relés sendo capaz de
realizar 5000 operações de adição por
segundo ou 357 multiplicações por segundo.
Sua programação era feita com o auxílio de
cartões perfurados, podendo ler até 2
números por segundoS
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12. 1
a
geração
●1940-1952
–Computadores à base válvulas à vácuo
–Aplicação nos campos científico e militar
–Linguagem de máquina
–Armazenamento: cartões perfurados
Isaac Asimov - Evidence (conto) -
robôs que imitam seres humanos

13. 1
a
geração
●1940-1952
–Operadoras dos computadores, manipulando
linguagem de máquina

14. 2
a
geração
●1952-1964
–Substituição da válvula pelo transistor
●Mais potência, mais confiabilidade,
menos consumo e menor tamanho
–EDVAC → conceito de programa armazenado
(ainda com válvulas)
–Ampliação das aplicações para as áreas
administrativa e gerencial
–Linguagem de montagem (assembly) e de
alto nível (COBOL, ALGOL, FORTRAN)
–Armazenamento: fitas e tambores
magnéticos

15. 3
a
geração
●1964-1971
–Circuito integrado substituiu o transistor
●Componentes miniaturizados
–Software: multiprogramação, tempo real,
modo interativo
–Armazenamento: memórias de semicondutores e
discos magnéticos
–1o. minicomputador → PDP 8 da DEC
●Custava 18 mil dólares
●Pesava 300 kg

16. 4
a
geração
●1971-1981
–Microprocessador
●Inclusão da CPU em um único circuito
integrado
–Computador pessoal
–Redes de computadores
–Software: grande quantidade de linguagens
de programação
–Armazenamento:
floppy disk (disquete)

17. 4
a
geração
●O Apple II foi lançado
em 1977 com teclado
integrado, gráficos
coloridos, sons,
gabinete de plástico e
8 slots de expansão.
●O IBM PC utilizava o
PC-DOS e possuia a
BIOS como única parte
de produção exclusiva
da IBM.

18. 5
a
geração
●1981-?
–Popularização dos microcomputadores
–Componentes com altíssima escala de
integração (tecnologia VLSI)
–Inteligência artificial
–Altíssima e crescente velocidade de
processamento

19. Arquitetura de Von Neumann
Formalização do projeto
lógico de um computador
●A característica de
máquinas von Neumann é a
composição do sistema a
partir de 4 subsistemas
básicos:
–CPU
–Memória principal
–Sistema de entrada
–Sistema de saída
A maioria dos
computadores atuais
segue este modelo

20. Arquitetura de Von Neumann
●As instruções passaram a ser armazenadas na
memória do computador. Até então elas eram lidas
de cartões perfurados e executadas, uma a uma.
Armazená-las na memória, para então executá-las,
tornaria o computador mais rápido, já que, no
momento da execução, as instruções seriam obtidas
com rapidez eletrônica
●Esse modelo define um computador sequencial
digital em que o processamento das informações é
feito passo a passo, caracterizando um
comportamento determinístico (ou seja, os mesmos
dados de entrada produzem sempre a mesma
resposta)

21. Arquitetura de Von Neumann
A CPU (Unidade Central de Processamento),
por sua vez, tem 3 blocos principais:
●Unidade de Controle (UC)
●Unidade Lógico-Aritmética (ALU)
●Registradores
–inclui um registrador contador de
programa (PC) que indica a posição da
instrução a executar

22. Arquitetura de Von Neumann
Características:Características:
●Utilização do
conceito de programa
armazenado
●Execução sequencial
de instruções
●Existência de um
caminho único entre
memória e unidade de
controle

23. Componentes do computador
Os componentes de hardware de um sistema de
computador incluem dispositivos que auxiliam na
função de entradaentrada, processamentoprocessamento, armazenamentoarmazenamento
de dados e saída.

24. Componentes do computador
Entrada:Entrada: convertem dados em forma eletrônica
que pode ser entendido pela CPU. São os
teclados, telas touch-screen, canetas óticas,
mouses, microfone, scanners óticos, etc.

25. Componentes do computador
Processamento:Processamento: é o componente principal de um
sistema de computador
–Controle:Controle: é o componente de controle do
computador e está contido na CPU. Seus
circuitos interpretam instruções de
programas/algortimos para o computador e
transmitem ordens para os outros componentes
do sistema computacional
Saiba mais: www.museudocomputador.com.br/encipro.php
Pentium Dual
Core E-2160

26. Componentes do computador
Evolução dos microprocessadores
–X86-16 bits: 8086, 8088, 80186, 80188,
80286
–X8632 bits: 80386, 80486, Pentium,
Pentium Pro, pentium II, Pentium III,
Pentium IV, , Core, Celeron M, Celeron
D, A100
–X86 64 bits: Pentium IV (alguns modelos),
Pentium Extreme Edition, Celeron D
–...
Saiba mais: http://ruisalema.tripod.com/processador.html
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27. Componentes do computador
Armazenamento:Armazenamento: memória principal, HD, disco
flexível, fitas, CD-ROM, DVD, Pen drives, Blu-
ray, ZIP disk, WORM disk, tambores magnéticos
etc.

28. Componentes do computador
●Saída:Saída: convertem informações eletrônicas
produzidas pelo computador em forma inteligível
pelo homem. São os monitores de vídeo,
impressoras, fones, caixas de som, etc.

29. CPU
É o ponto focal de um computador, guiando
todas as ações que se desenvolvem no sistema.
• A mesma contém uma Unidade Lógico-Aritmética
(ULA) ou Arithmetic and Logic Unit (ALU), para
executar todas as adições, subtrações,
operações lógicas, etc.
• A ALU também contém diversos registradores,
que funcionam como pequenas porções muito
rápidas de memória, usadas para armazenar
temporariamente os dados e as instruções
utilizadas pela mesma

30. CPU
• Contém toda a lógica de controle, para
coordenar as ações entre todos os elementos da
CPU, assim como os outros componentes de hardware
do computador
• A CPU geralmente está contida inteiramente em
um único circuito integrado (CI), ou chip.

31. CPU
Saiba mais:
http://informatica.hsw.uol.com.br/microprocessadores1.htm

32. Memória
RAM - memória de acesso aleatório (random access
memory)
→ A memória RAM contém bytes de informação e o
microprocessador pode ler ou escrever nestes bytes,
dependendo da linha de comando utilizada: RD ou WR
→ Um dos problemas dos chips RAM é que eles esquecem
tudo uma vez que a energia é desligada
ROM - memória apenas para leitura (read-only memory)
→ É programada de modo permanente
→ Ex: BIOS do computador
Cache – memória de acesso rápido que atua como
intermediária entre a memória RAM e o processador

33. Placa-mãe

34. Execução de instrução
Durante sua operação, a execução de um
programa é uma sequência de ciclos de
máquina Von Neumann, compostos por:
●1. Busca da instrução (fetch): transfere
instrução da posição de memória apontada por
PC para a CPU
–Busca e decodificação
●2. Execução da instrução: a unidade de
controle decodifica a instrução e gerencia
os passos para sua execução pela ALU
–Execução e armazenamento dos resultados

35. Hardware de E/S
●Um dispositivo se comunica com o computador
enviando sinais por um meio (cabo ou ar)
●A comunicação se dá por meio de um ponto de
conexão (porta) → Ex: porta serial, porta paralela
●Barramento: conjunto de fios e um protocolo
rigidamente definido que especifica um
conjunto de mensagens
–A transmissão de dados é feita por
padrões de voltagens elétricas aplicadas
aos fios com tempos definidos
–Ex: da memória RAM para o disco rígido
(HD)

36. Hardware E/S
Dispositivos são os meios pelos quais o
usuário interage com a máquina
●
Dispositivos de interfaceDispositivos de interface:
–Entrada:
●Teclado, mouse, caneta ótica, scanner,
microfone, monitor touch-screen, câmera
–Saída:
●Impressora, fax, plotter, monitor
–Entrada/Saída:
●Modem, placa de rede
●Dispositivos de memóriaDispositivos de memória:: memória RAM, disco,
fita, pen drive, CD, DVD, SD, flash memory

37. Hardware E/S
Comunicação entre o SO e os dispositivos →
barramento, controladora, porta

38. Hardware E/S
Controladora: é uma coleção de circuitos
eletrônicos que podem operar uma porta, um
barramento ou um dispositivo
–Tem como funções: controle e temporização,
comunicação com o processador, comunicação
com os dispositivos, armazenamento
temporários de dados, e detecção de erros
–Tem um ou mais registros de dados (registro
data-in e registro data-out) e sinais de
controle (registro status e registro control)

39. Hardware E/S
Controladora
–Recebem as requisições do SO e disponibilizam
um meio de comunicação mais simples com os
dispositivos

40. Hardware E/S
Saiba mais: www.hardware.com.br/dicas/corrida-dos-barramentos.html
Barramento: conjunto de fios condutores para
interconexão, que possui um protocolo (regra de
comunicação), que define quais dados podem ser
transmitidos
–ISA
●8 bits no IBM PC
●16 bits (5-8 Mb/s) no AT-286
–PCI
●32 bits (132 Mb/s) → 64 bits (512 Mb/s)
●Plug-and-Play
●Bus mastering: permite aos dispositivos
ler e gravar na memória RAM, sem
interferência do SO

41. Hardware E/S
Porta: consiste de 4 registradores
(1) entrada de dados: lido pela CPU para obter
entrada
(2) saída de dados: lido pela CPU para enviar
saída
(3) status: bits que indicam se o comando foi
completado, se há dado disponível para leitura
ou se houve erro
(4) controle: escrito pela CPU para solicitar
uma requisição ou alterar o modo de um
dispositivo

42. Hardware E/S
Porta - tipos
–Serial (RS-232 ou DB9): os bits
são transferidos em fila.
Utiliza 9 fios (pinos) para a
transferência de dados
–Paralela (DB25): os bits são
transferidos em grupos
(geralmente um byte) por vez,
através de diversas linhas
condutoras de sinais
Saiba mais: www.hardware.com.br/artigos/evolucao-portas

43. Hardware E/S
Porta - tipos
–USB (Universal Serial Bus) → um padrão
●Aceita ligação de até 127 dispositivos
através de uma única porta, usando um Hub
●Plug-and-Play

44. Hardware E/S
Conectores
●É um dispositivo que efetua a ligação entre uma
porta de saída de um determinado equipamento e a
porta de entrada de outro (por exemplo, entre um
computador e um periférico)
●Existem conectores machos e conectores fêmeas
●Existem também vários tipos diferentes de
conectores: DB-9, DB-25, DIN, mini-DIN, VGA, SVGA,
RCA, S-Vídeo, HDMI, etc.
●Atualmente, os conectores estão começando a serem
substituídos pela tecnologia wireless (Wi-fi)

45. Hardware E/S
Conectores - tipos
–DB (9 ou 25 pinos)
É um tipo comum de conector, usado
principalmente em computadores
●Destinado a comunicações seriais
●Foram inventados pela Canon
●Originalmente, DB se referia
exclusivamente ao conector D (por conta
do formato) com 25 pinos, porém a IBM
acabou popularizando o conector de 9
pinos como DB-9, ao invés de DE-9
Saiba mais: http://informatica.hsw.uol.com.br/portas-seriais2.htm

46. Hardware E/S
Conectores - tipos
–VGA
●Padrão gráfico
●256KBytes de memória de vídeo em RAM
●Modos de 16 e de 256 cores
●Paleta de 262144 cores (2^18: seis bits
[64 valores] para cada uma das
componentes de vermelho, verde e azul)
●Resolução máxima de 800 x 600 pixels
●SVGA é sua evolução
●Está presente nos monitores CRT, TV LCD,
TV de Plasma e projetores multimídia

47. Hardware E/S
Conectores - tipos
–DINDIN
●Eram inicialmente utilizados para
conexão entre equipamentos de áudio de
origem européia (Philips, Grundig e
Telefunken, entre outros)
●São utilizados atualmente em periféricos
de legado da plataforma IBM PC como
teclados, mouses e periféricos de vídeo
●Existem diversas formas, com quantidade
de pinos, tamanhos e cores diferentes
que ajudam na identificação da função
do equipamento que o utiliza

48. Hardware E/S
Conectores - tipos
–RCARCA (Radio Corporation of America)
●São comumente utilizados em equipamentos
eletrônicos
●Foram idealizados visando minimizar a
interferência em sinais de pequena
amplitude
●Plugues e soquetes no equipamento tem cores
convencionalmente codificadas para
auxiliar as conexões corretas

49. Hardware E/S
Conectores - tipos
–S-VídeoS-Vídeo
●Utilizado para conectar TV, DVD players,
videocassetes e vídeo-games
●É limitado a uma distancia maior que 5
metros
●Transmite áudio e vídeo

50. Hardware E/S
Conectores - tipos
–HDMIHDMI (High-Definition Multimedia Interface)
●Interface condutiva digital de áudio e
vídeo capaz de transmitir dados não
comprimidos
●Suporta através de um único cabo qualquer
formato de vídeo TV ou PC, incluindo os
modo Standard, Enhanced, e Alta Definição
e até 8 canais de áudio digital
●É compatível com o High-bandwidth Digital
Content Protection (HDCP), que é um
sistema anti-pirataria

51. Interface de E/S
Características dos dispositivos de I/O
●Fluxo de caracteres ou bloco: a transferência de
dados em fluxo de caracteres é bit a bit; o outro
transfere em blocos
●Acesso sequencial ou aleatório
●Síncrono ou assíncrono: a transferência de dados é
feita com tempos de resposta previsíveis ou não
●Compartilhável ou dedicado: há partilha
concorrente por vários processos ou não
●Velocidade de operação: vai de alguns bytes/s a
Gb/s
●Leitura/escrita, somente leitura ou somente
escrita

52. Interface de E/S
●Dispositivos de bloco
–Ex: discos rígidos, pen drive, CD, DVD,
SD, disquete
–Comandos básicos: read(), write() e seek()
–Modos de acesso:
●Acesso de alto nível através de
interface de sistemas de arquivos
●Acesso de baixo nível através de array
linear de blocos
●Acesso a memory-mapped files colocadas
no topo do block-devicedrivers. Uma
memory-mapped interface fornece acesso
ao disco através de um array de bytes
em memória principal

53. Interface de E/S
●Dispositivos de caracter (stream character)
–Ex: teclado, mouse, caneta ótica
–Comandos básicos: get(), put()
–No topo da interface, é possível
construir bibliotecas para edição de
linhas
●p.ex: eliminar um caracter do input
streamatravés do backspace

54. Interface de E/S
●Dispositivos de rede
–Ex: modem, placa de rede
–Tem interface bem diferentes da read-
write-seek dos discos
–Unix e Windows NT/9i/2000 usam interface
de sockets
●Há separação entre o protocolo da
rede e o funcionamento da rede
●Inclui a funcionalidade select para
manipular conjunto de sockets

55. Para refletir...
Qual a influência que
cada dispositivo mais
comumente utilizado tem
na performance do sistema
computacional?
Como seria a configuração
ideal para um PC de
usuário? E para um
servidor de aplicações?

56. Referências
●SILBERSCHATZ, A.; GALVIN, P.; GAGNE, G.
Sistemas operacionais com Java. Tradução de
Daniel Vieira. Revisão técnica de Sérgio
Guedes de Souza. 7. ed. Revista e ampliada.
Rio de Janeiro: Elsevier, 2008. Cap. 13
●TANENBAWN, A. Sistemas operacionais
Modernos. Tradução de Nery Machado Filho.
Rio de Janeiro: Prentice Hall, 1995. Cap. 5